Магнитные схемы на кольцевых сердечниках

В компьютерной схемотехнике применяют магнитные элементы на ферритовых кольцевых сердечниках. Предельная кривая намагничивания В = /(Н) представляет собой почти прямоугольную петлю гистерезиса (рис. 2.37, а). На этой характеристи­ке используются следующие обозначения: Н — напряжение магнитного поля; В — магнитная индукция; ±В_r — остаточная магнитная индукция; В_m — индукция насы­щения (максимальное значение), достигаемое в сердечнике под действием импуль­са напряжения Н_т.

Простейшим магнитным элементом является кольцевой ферритовый сердеч­ник с информационной, управляющей и выходной обмотками (рис. 2.37, б).

Информационная W_зп и управляющая W_СЧ обмотки служат для записи и считы­вания информации. Выходная обмотка предназначена для получения электри­ческого сигнала, который отображает значение функции элемента. В общем случае количество обмоток, их использование и наименование определяются назначением данного магнитного элемента.

Обычно допускается, что положительная остаточная индукция плюс В_г отобра­жает состояние “1”, а отрицательная минус В_r — состояние “0”. Начала обмоток сер­дечника обозначены точками. Условно считают, что ток считывания I_сч, втекающий в начало обмотки намагничивает сердечник в состояние “0”, а ток записи I_зп, вытекающий из начала обмотки W_зп, перемагничивает сердечник в состояние “1”. Намагничивающая сила, действующая в сердечнике, определяется алгебраической суммой ампервитков во всех одновременно действующих обмотках. Поэтому, в за­висимости от направления тока и включения обмоток, отдельные составляющие магнитной индукции могут складываться или вычитаться, что расширяет возможности использования магнитных элементов. Ток записи и ток считывания должны иметь амплитуду, которая обеспечивает расчетное значение напряжения поля Н_m, и длительность, не меньше времени переключения τ сердечника.

В процессе перемагничивания сердечника из одного состояния в другое на вы­ходной обмотке W_B индуцируется знакопеременный импульс напряжения B/τ, где W_B— количество витков выходной обмотки; S — площадь попе­речного сечения сердечника; В = 2В_r + ,

где = В_т - В_r τ — время переключения (рис. 2.37, б). Переключение сердечника в состояние “1” сопровождается индуциро­ванием на выходной обмотке отрицательного импульса напряжения; для его отсечки от нагрузки в выходной цепи включается ограничивающий диод VD 1 (рис. 2.37, в).

При повторной подаче импульсов записи или считывания магнитная индукция изменяется на , и на выходе возникают импульсы помехи небольшой амплитуды. К особенностям кодирования информации относится то, что входной электрический сигнал записи преобразуется в магнитную остаточную индукцию и только при счи­тывании вновь преобразуется в электрический сигнал. Наличие положительного им­пульса нический сигнал. Наличие положительного им­пульса на выходной обмотке в момент считывания считается лог. 1, а его отсутст­вие— лог. 0.

Для изображения магнитного элемента используют “зеркальный” метод, при ко­тором сердечник обозначают утолщенной вертикальной линией, обмотки — в виде горизонтальных тонких линий. Ток по входных обмотках протекает слева направо. Способ включения обмоток изображен тонкими наклонными линиями под углом 45°. Входной ток, отражаясь по наклонной линии вверх, переключает сердечник в со­стояние “1”, а отражаясь вниз — в состояние “0”. На выходной обмотке появление положительного импульса напряжения возникает в момент переключения из со­стояния “1” в состояние “0” (рис. 2.38).

В магнитных схемах используют ферродиодные и ферротранзисторные эле­менты.

Функционально полным набором логических элементов на ферродиодных схе­мах являются дизъюнктор, НЕТ и генератор “1”. Схема дизъюнктора, который реа­лизует функцию показана на рис. 2.38, а. Сердечник переключается в состояние “1” в первом такте сигналами X₁ или Х₂ или одновременно обоими. Вы­ходной сигнал F возникает в выходной обмотке во втором такте при считывании.

Схема НЕТ, которая реализует функцию F =Х₁Х₂ показана на рис. 2.38, б. Инфор­мационные входные обмотки включены встречно, поэтому переключение сердечни­ка возможно только при условии X₁ = 1, Х₂ = 0.

Упрощенная схема ферротранзисторного дизъюнктора, в которой с помощью транзистора VТ\ и коллекторной обмотки W_К образована положительная обратная связь, ускоряющая перемагничивание сердечника из состояния “1” в состояние “0”, показана на рис. 2.38, в. В исходном состоянии транзистор УТ1 закрыт, при считы­вании лог. 1 на базовой обмотке возникает положительный импульс напряжения, ко­торый открывает транзистор VТ1. Ток коллектора создает дополнительный пере- магничивающий поток, действующий согласно с потоком обмотки считывания. В ре­зультате время переключения сердечника значительно уменьшается.

Универсальная магнитная схема для реализации восьми минтермов для трех переменных Х₁Х₂, Х₃ (рис. 2.39) имеет вид:

 

Если прошить общим проводом несколько сердечников, то реализуется дизъюнкция минтермов. Для примера в схеме (рис. 2.39) с помощью прошивки реализуются следующие функции:

Для усиления сигналов в соединениях между магнитными схемами использу­ются интегральные усилители и формирователи тока (серии 146, 169, 170), а также диодные и транзисторные микросборки.